宿主与环境互作塑造巨砗磲相关Symbiodiniaceae光共生体群落：基于ITS2宏条形码的菲律宾群岛多物种研究

《Ecology and Evolution》：Host and Environment Shape the Giant Clam-Associated Photosymbiont Community

　　

巨砗磲（giant clams）是体型最大的双壳类软体动物之一。它们与Symbiodiniaceae甲藻形成关键共生关系，后者供给其大部分能量需求。然而，塑造巨砗磲相关光共生体（photosymbiont）群落的因素仍不清楚。在此，研究人员利用ITS₂宏条形码（metabarcoding）刻画了菲律宾群岛11个站点中八种巨砗磲（Hippopus hippopus、H. porcellanus、Tridacna crocea、T. derasa、T. gigas、T. maxima、T. noae和T. squamosa）的Symbiodiniaceae群落。Symbiodiniaceae群落结构由巨砗磲宿主与环境之间的相互作用塑造。大多数巨砗磲由单一共生藻属的成员主导，其中Cladocopium最为普遍，其次为Durusdinium和Symbiodinium。然而，巨砗磲宿主也在其共生伙伴方面表现出灵活性，这一点在不同站点间明显。巨砗磲相关共生藻群落的差异可能促成全共生体（holobiont）功能及对多变环境适应性的差异。这些发现加深了对巨砗磲-Symbiodiniaceae关联的理解，为预测巨砗磲可能如何受到日益胁迫的珊瑚礁条件影响提供了框架，更重要的是，为改进海水养殖（mariculture）和保护实践提供了信息。

论文解读：宿主与环境共同塑造巨砗磲相关光共生体群落

巨砗镶（giant clams）是现存最大的双壳类软体动物，主要分布于印度-西太平洋珊瑚礁，为礁区生物提供食物和栖息地，并通过与Symbiodiniaceae（共生藻科甲藻）的光共生贡献初级生产。其种群因过度捕捞而下降，T. gigas被列为极危，T. derasa为濒危，保护、养殖和放流受到关注。Symbiodiniaceae经水平获取，在宿主特化小管中胞外共生，可提供高达约97%能量。尽管重要性明确，巨砗磲相关光共生体（photosymbiont）群落的多样性及驱动因素仍不清楚。为此，研究人员在菲律宾群岛11个站点对8种巨砗磲的Symbiodiniaceae群落进行ITS₂宏条形码刻画，检验宿主、站点、生物地理区和热体制的作用，并利用长期放流的T. gigas评估共生藻群落变化。研究发现，Symbiodiniaceae群落主要由巨砗磲宿主塑造，同时受局部环境影响；宿主既具特异性，也保留一定灵活性。该研究深化了对巨砗磲-Symbiodiniaceae共生关系的理解，并为海水养殖与放流保护提供依据。

方法概要：2018—2020年采集8种巨砗磲165份外套膜样本，覆盖菲律宾5个生物地理区、11站点和3个热体制；Calaguas与ARNP为自然野生种群，Bolinao与SMHL为养殖并在海洋苗圃养成，多数T. gigas源自Bolinao, Pangasinan的Silaqui海洋苗圃放流个体，Camiguin少数幼体来自自然补充，其余站点多为野生但可能含少量放流个体。关键技术为细胞色素c氧化酶亚基I（COI）测序、最大似然系统发育和单倍型网络验证宿主身份与遗传多样性；ITS₂宏条形码结合SymPortal划分DIV（defining intragenomic variants，定义性基因组内变异）与ITS₂型谱；进行群落多样性、组成、指示种、系统共生（phylosymbiosis）和共系统发育（cophylogeny）分析；以SST（sea surface temperature，海表温度）k-means聚类和DHW（degree heating week，度热周）表征热体制。

研究结果：
3.1 巨砗磲多样性：165份样本包括T. gigas 32、T. maxima 28、T. squamosa 29、T. crocea 25、Hippopus hippopus 19、T. noae 13、T. derasa 15、H. porcellanus 4。站点物种数为2—6。热体制D年均SST为27.8—29.0°C，含Batangas、SMHL、Bohol、Calaguas、Camiguin；E为28.1—29.4°C，含Bolinao、HINP、Samar；F为28.4—29.6°C，含ARNP、Palawan、Zambales。E和F所有站点经历4≤DHW<8°C-weeks漂白级胁迫，E中2/3和F中1/3达DHW≥8°C-weeks死亡级；D中3/5经历漂白级，无死亡级。COI最大似然分析回收8个单系群，支持率高。
3.2 巨砗磲COI单倍型：每物种COI单倍型数为1—20，T. crocea和T. maxima最多；H. hippopus、T. crocea、T. maxima的H_d≥0.7，T. squamosa、T. noae、T. gigas、H. porcellanus的H_d≤0.5；多数物种有1或2个优势单倍型且π低，T. crocea无单一优势单倍型且π较高。
3.3 巨砗磲相关Symbiodiniaceae多样性：ITS₂测序获得18,173,186条contig，平均110,140.52±21,200.87；质控后15,396,367条，平均93,311.32±18,807.07；461条ITS₂序列隶属4属，归为33个ITS₂型谱。Cladocopium最丰富（61.77%），其次Durusdinium（25.47%）、Symbiodinium（12.76%），Gerakladium<0.001%。主要序列有C93a、C1、C66、C1c；D5、D4、D9b、D1；A3、A6b。Shannon多样性在巨砗磲物种间差异显著，在站点、生物地理区和热体制间不显著；T. gigas最低，84%个体仅含单一ITS₂型谱；H. porcellanus也较低但n=4。COI单倍型多样性与ITS₂型谱多样性弱正相关（Spearman ρ=0.21，p=0.006）。
3.4 光共生体群落结构驱动因素：置换多元方差分析（PERMANOVA）显示物种、站点、生物地理区、热体制均显著，物种解释变异最大（R²=0.33243），其次站点（0.25116）、生物地理区（0.12411）、热体制（0.08925）；多元离散度检验（PERMDISP）在物种、生物地理区、热体制间显著，在站点间不显著。属水平上，T. gigas、T. derasa、T. maxima、T. crocea以Cladocopium为主；T. noae、T. squamosa以Durusdinium为主；H. hippopus以Symbiodinium为主但部分个体以Cladocopium为主。物种间比较除H. hippopus与H. porcellanus、T. squamosa与T. noae外均显著。指示DIV：A3与H. hippopus，C66与T. gigas，C1c/C1/C1al/C1b与T. maxima，C93a/1391_C/1471_C与H. porcellanus，D4/D5/D9b/1401_D/1403_D与T. noae，D1/1372_D与T. derasa，1400_D与T. squamosa。站点间多数有差异，ARNP独特，所有站点无共享ITS₂型谱。生物地理区除Sulu Sea与Visayan Sea外显著，仅3个型谱在所有区共享，13个在Sulu与Visayan共享。热体制间有差异，10个型谱所有体制共享，10个为各体制特有；D9b/D5/D4/1401_D与体制D，C93a与E，A6b/A3g/1371_A/C66与F。
3.5 T. gigas的Symbiodiniaceae群落变化：利用1980年代以来放流至菲律宾多地的T. gigas，其源自Bolinao, Pangasinan的Silaqui海洋苗圃。多数样本共享单倍型G1，部分Batangas、Palawan、Samar、Bohol个体为相近但不同单倍型。各站点ITS₂型谱多样性无显著差异；全局站点结构显著（PERMANOVA R²=0.55，p<0.001），但源站点与移植站点两两比较经错误发现率（FDR）校正后不显著；PERMDISP无显著差异（F=2.24，p=0.06）。源站点以C66/C93a为主要DIV；多数放流个体仍携带相同或相近共生藻，以C66/C93a或C93a为主要DIV。Palawan个体与Camiguin幼体携带C66、C1/C66或C1，属于与其他T. gigas相关Cladocopium不同的聚类。
3.6 巨砗磲的系统共生与共系统发育：宿主COI遗传距离与Symbiodiniaceae群落差异呈弱但显著相关（Mantel检验Spearman r=0.167，p<0.001）；宿主系统树与共生藻群落树拓扑一致性显著（nRF RF=0.97，p<0.001），但总体拓扑相似度低。仅Cladocopium与巨砗磲显示显著共系统发育信号（SS=0.8976，R²=0.1024，p<0.001）；Symbiodinium和Durusdinium不显著。最强关系为T. maxima与Cladocopium C1谱系、T. derasa与C93a谱系；T. crocea残差低但跨谱系不一致；T. maxima对全局信号贡献最强，除T. derasa外低于其他物种。

讨论部分总结：菲律宾巨砗磲关联Cladocopium、Durusdinium、Symbiodinium，多数个体以一种属为主，其他属低丰度，可能作为条件变化时的储备种群。Cladocopium最丰富，C66、C1等广布，C93a、C1c也有记录。Durusdinium中D1-D4定义D. trenchii，D4/D5/D9b辐射见于T. noae、T. squamosa。A3与S. tridacnidorum相关，显著关联H. hippopus。宿主特异性总体明显，但各物种具灵活性，可能平衡代谢互补与环境耐受。环境方面，菲律宾群岛水动力和盆地结构限制连通性，局部共生藻库、温度、光照、水质等影响群落。温度虽为较强因素，但不能单独解释；最暖体制中为Symbiodinium A6b/A3g与A3、C66，而非耐热Durusdinium；最低温度体制中Durusdinium信号可能受Calaguas T. noae样本过代表影响。共生藻动态方面，T. gigas移植约二十年后仍保留以Cladocopium为主的群落，提示早期建立的共生藻可长期维持，低多样性可能部分由此解释；Palawan个体与Camiguin自然补充幼体携带不同共生藻，提示亲本来源或本地获取差异。系统共生和共系统发育虽为弱信号，但非随机，可能由获得后筛选、生理兼容、宿主识别和共生藻偏好造成。

研究结论部分翻译：本研究揭示菲律宾巨砗磲携带多样的Symbiodiniaceae群落。这些群落组成由宿主物种或基因型与环境因素之间复杂互作塑造，环境因素如温度、光照、水质和可用共生藻库随空间尺度变化，并受共生藻群落动态如定殖、竞争和演替影响。一些宿主如H. hippopus、T. maxima和T. crocea在共生藻类型上表现出更大灵活性，提示对更广泛环境条件的适应性；相反，T. gigas似乎主要与Cladocopium成员关联。共生伙伴选择可能影响全共生体（holobiont）内代谢交换，并部分影响物种适应性和分布。具有更广泛共生藻偏好的巨砗磲可能在更广泛环境中繁盛，而偏好较窄者可能分布更受限，并可能更易受导致共生藻丢失的环境扰动影响。为进一步阐明巨砗磲-Symbiodiniaceae关联机制，尤其是宿主身份如何超越环境影响，需要整合更广泛地理采样、基因组比较及受控移植和共生藻接种实验。最终，随着珊瑚礁面临加剧热胁迫，刻画巨砗磲光共生体多样性和灵活性的决定因素，对于理解其在气候变化下的恢复力和适应潜力至关重要。